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申请/专利权人：同济大学

摘要：本发明公开了一种面向供水管网水力模型水量校核的压力监测点移动布置方法，包括以下步骤：根据管网节点总数和压力监测传感器数量，划分校核周期；基于初始化管网水力模型，得到节点压力关于节点水量的雅克比矩阵；根据雅克比矩阵和改良隐枚举优化法，求解监测点移动布置方案；根据每个校核周期中的监测点位置部署方案获取的监测数据，校核计算供水管网水力模型的节点水量参数，改进计算精度。在成本相当的前提下，本发明可以数倍扩大监测数据的采集量，增大管网压力监测空间密度，获取更多的管网运行状态信息，有利于提高模型校核精度；在模型校核精度相当的前提下，本发明可以大幅减少模型参数校核的硬件成本、施工成本和维护成本。

主权项：1.一种面向供水管网水力模型水量校核的压力监测点移动布置方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制定校核计划，分为round_num个校核周期，每个校核周期的监测点数量为sens_num，校核周期的时长为t；所述监测点为压力监测传感器的安装位置；校核计划的全部监测点的数量为：lengthsens＝sens_num×round_num校核计划的总时长为：T＝t×round_numS2、基于初始化管网水力模型，得到节点压力关于节点水量的雅克比矩阵HQ；S3、根据雅克比矩阵HQ和改良隐枚举优化法，求解监测点移动方案sens_place；所述监测点移动方案sens_place是指：从当前校核周期变更到下一个校核周期时，监测点需要从当前位置变更到哪个位置；监测点移动方案sens_place的数学描述方法是：将每个校核周期中的不同监测点的位置定义为一个向量，即监测点位置部署方案sens_place[k]，其中k代表第k个校核周期；所有校验周期的监测点位置部署方案sens_place[k]的总和即为监测点移动方案sens_place；S4、根据校核计划的时间顺序，选取第一个校核周期中的监测点位置部署方案sens_place[1]，通过迭代法计算供水管网水力模型的节点水量；S5、计算该校核周期的供水管网水力模型的最优参数估计值，将计算结果设置为供水管网水力模型的参数；S6、选取第二个校核周期中的监测点位置部署方案sens_place[2]，重复执行S4和S5，通过调整参数来逐步改进供水管网水力模型的计算精度，直至所有校核周期都处理完毕；步骤S2包括如下步骤：S21、设定供水管网的节点关联矩阵A： S22、利用海澄-威廉方程计算水头损失对管段的偏微分： 其中：h为水头损失，Ku为单位换算系数，d、L、q及c为管道的管径、管长、水量及海澄-威廉系数；S23、将水头损失对管段的偏微分写为对角阵的形式： S24、根据以下公式计算节点压力关于节点水量的雅克比矩阵HQ：HQ＝-ABAT-1；步骤S3包括如下步骤：S31、依照雅克比矩阵HQ，构建目标函数： 其中：n为供水管网的节点总数，sens为监测点位置的索引；S32、使用改良隐枚举优化法求解目标函数fsens，得到一个向量，即监测点位置总布置sensall_vector；所述监测点位置总布置sensall_vector描述的是所有监测点的节点索引集合；S33、使用kmeans++方法根据空间位置将sensall_vector中的全部监测点进行聚类，分类组数cluster_num等于监测点数量sens_num；S34、对每个分类组中的监测点依照其敏感度向量的1范数从大到小排序，得到监测点位置序列；所述敏感度向量是指雅克比矩阵HQ中的某一行，其中监测点i的敏感度向量为雅克比矩阵HQ的第i行；所述监测点位置序列代表了同一个压力监测传感器在每个校核周期中的不同位置；如果监测点位置序列的长度小于校核周期round_num，就用循环的方式往该序列尾部补充监测点，直至该序列的长度等于校核周期round_num；S35、对于第一个校核周期，依次从每个分类组的监测点位置序列中选择第一个数据，得到一个维数等于监测点数量sens_num的向量，该向量即为第一个校核周期的监测点位置部署方案sens_place[1]；对于第二个校核周期，依次从每个分类组的监测点位置序列中选择第二个数据，同样得到一个维数等于监测点数量sens_num的向量，该向量即为第二个校核周期的监测点位置部署方案sens_place[2]；以此类推，得到所有校核周期的监测点位置部署方案，即为监测点移动方案sens_place；步骤S4包括以下步骤：S41、将当前校核周期划分为M个时间段，标记为：时段t1、时段t2、…、时段tM；S42、设置一个向量Q[t]，用于描述所有节点的水量布置；所述向量Q[t]的维数等于模型的节点总数，每个维度的数值分别代表对应节点的水量；S43、对于时段t1，设定Q[t]的初始值Q[t1]为模型总水量的平均值：Q[t1]＝ones1，n*QavgQavg＝Qtotal其中：Qtotal为模型总水量，Qavg为模型节点水量平均值Ls，ones1，n为长度为节点总数n的元素均为1的行向量；S44、假设当前是第k个校核周期，读取其监测点位置部署方案sens_place[k]，并设定目标迭代需要消除的压力误差量：dH＝Ho[sens]-Hs[sens]其中：Ho为压力监测传感器测量得到的压力，Hs为每次迭代校正后的压力；S45、求解水量布置为Q[t1]时的管网模型的雅克比矩阵HQ；S46、求解方程HQ×dQ＝dH，得到Q[t1]的修正量dQ；S47、通过公式Q[t1]n+1＝Q[t1]n+dQ算出下一次迭代的水量布置Q[t1]n+1；S48、当dH小于设定允许的误差阈值时迭代停止，此时得到的结果为时段t1的水量布置Q[t1]的最终结果；S49、将Q[t1]作为初始值，计算时段t2的水量布置Q[t2]；以此类推，重复执行S45至S48，直至计算出所有时段的水量布置Q[t]；S410、将所有求得的单时段用水量按照时序排列便可得到节点用水量模式；所述节点用水量模式是指管网模型中用水节点的用水量随时间变化的系数；步骤S32所述改良隐枚举优化法的具体步骤如下：S51、设置一个向量sensall_init，为所有监测点的节点索引集合；S52、将所有的节点随机排列，得到一个入点组Nini，并依序选择一个入点；S53、将所有初始解解向量元素随机排列，得到一个出点组Noutj，让入点依顺序替换出点得到一个新的解sensall_new；S54、将原始解sensall_init和新解sensall_new代入步骤S31的目标函数，求解原始解fsensall_init和新解fsensall_new，选取更优解进入下一次迭代；S55、重复执行S52、S53、S54，直到无法产生更优解时终止；最终求得的解即为监测点位置总布置sensall_vector。

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